CC BY
3
SUMMARY
The art Je is devoted to creating of the theoretical model of cleaning efficiency of carding mach ne 4-600-J11, wnicn taking into account the specific linen properties and clean ng effi iency of rollers of working Dair. The theoretical model allows forecasting of the cleaning efficiency of short staple flax fiber at carding machine.
УДК 685.34.03
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ МОДЕЛЬНОГО МЕТОДА ПРИ ИЗУЧЕНИИ РЕЛАКСАЦИИ ДЕФОРМАЦИИ ОБУВНЫХ
МАТЕРИАЛОВ
р.Н Томашева, В.Е. Горбачик, П И Скоков
В условиях производства и эксплуатации изделий из кожи проявляется ярко выраженный релаксационный характер поведения материалов при действии внешних сил Реологические свойства материалов во многом определяют стабильность pajMepoB и формы изделия во времени, поэтому их изучение является необходимым условием при комплексной оценке качества материалов и разработке рекомендаций по их рациональному и эффективному использованию в процессе производства обуви. Ввиду того, что изучение реологических свойств носит, как правило, длительный характер, особую важность приобретает возможность описания и прогнозирования релаксационных процессов протекающих в материалах, с помощью различных модельных методов.
В данной работе была исследована релаксация деформации материалов для наружных деталей верха обуви, шиооко используемых в настоящее время на предприятиях отрасли, а также поедпринята попытка описания протекаемых в них релаксационных процессов с помощью обобщенной трехкомпоиентной модепи Келовина-Фойгта.
В качестве объектов исследования были отобраны следующие материалы: яловка легкая яповка эластичная art NEVROR полукожник эластичный синтетические кожи на неткан,ой основе артикулов «Syn-babv», «НеЕе» марки 2, а гакже искусственные кожи на тканевой основе марок «CAPRETTO Р UNDRUSH», «METLAK» и винилискожа -Т обувная.
Исследование оелаксации деформации основывается на длительном растяжении обоазцов нагрузкой постоянной величины с последующей их разгрузкой и фиксацией в течение опыта изменения величины деформации материалов. Испытание материалов осуществлялось в условиях одноосного растяжения на релаксометре-стойке по методике описанной в раооте [1]. Величина нагрузки, действующей на образцы, задавалась вне связи с разрывной, что соответствует условиям оаботы пакета верха обуви в процессе ее эксплуатации, и принималась равной 100 Н для всех испытываемых материалов.
Фиксация величины деформации в процессе нагружения материалов и в процессе их отдыха поспе снятия действующей внешней силы осуществлялась в моменты времени т = 0 08; 0,3; 0,5; 1: 2: 3; 5* 10; 30: 60; 90 мин Для периода отдыха дополнительно осуществлялся замер величины деформации через сутки после разгрузки образцов. Регистрация значений деформации в период нагружения производилась с помощью индикатора часового типа ИЧ-2М, а в период стдыха - при помощи штангенциркуля с точностью до 0,01мм.
Размеры исполозуемых образцов принимались равными 200*40 мм, с рабочей длиной 150 мм Раскрой образцов осуществлялся в направлении наибольшей тягучести материалов (под углом 90°), учитывая то, ^то при ходьбе именно в поперечном направлении союзка обуви испытывает наибольшее растяжение.
На основании полученных экспериментальных данных строились графики зависимости е - f (т), представленные на рисунке 1.
1 О 2 п Ло III (lO «М» ЛО -III r>0 .SO 14141 li-IO
Pf4t F О .'«»/'». (__•».'Глпул tl /у«'«' *W4Hi.t4'*i*t*'
Рисунок 1 - Кривые релаксации деформации материалов. 1 - яловка легкая, 2 -яловка эпаст. art NEVROR, 3 - полукожник эласт., 4 - винилискожа-Т 5 - ИК «CAPRETTO Р UNDRUSH», 6 - ИК «METLAK», 7 - СК «Syn-baby», 8 - СК «Неве», 9 - СК марки 2
Анализ полученных зависимостей показал, что под действием нагоузки у всех исследуемых материалов отмечается нарастание деформации во времени, интенсивность которого существенно отличается для различных по структуое материалов. У натуральных кож и искусственных кож на тканевой основе происходит быстрый рост деформации в течение первых 5 минут нагружения в дальнейшем ее величина изменяется незначительно. У синтетических кож на нетканой основе заметный рост деформации происходит в течение всего периода нагружения.
3 процессе отдыха образцов, после снятия действующей внешней силы, характерно значительное снижение величины деформации для всех исследуемых материалов. При этом наиболее интенсивно релаксация деформации протекает в первые 5-10 минут отдыха. В течение последующих 60 минут интенсивность релаксационных процессов снижается, а по истечении 90 мину- после разгрузки величина деформации большинства ооразцов изменяется несущественно
На основании полученных экспериментальных зависимостей определялись величины полной деформации образцов, условно-упругая условно-эластическая и условно-пластическая составляющие деформации, а также были рассчитаны доли каждой компоненты в полной деформации, значения которых представлены в таблице 1.
Таблица 1- Величина полней деформации материапов и ее составляющих
Наименование материала Полная деформация. Еполн! Составляющие деформации, % Доли составляющих десЬормации, %
Ёэл £ ,ш УПВ Деэл АЕЛЛ
Яловка легкая 16,51 11,32 2,41 2.78 68,6 14,6 _ 16.8
Яловка эласт. NEVROR 14,68 10,50 1 17 3,01 71 5 8,0 20,5
Полукожник эластичный 22,8Я 16,94 2,38 3,53 74,1 104 15,4
Винилисжожа-Т 12,43 9,18 2,80 0,45 73,9 22,5 3,6
ИК CAPREТТО 13,46 11,51 1,68 0,27 85 5 12,5 2 0
ИК «METLAK» 12,31 9,36 2 30 0.65 76,0 18,7 5,3
СК «Syn-baby» 26,77 16,99 5.47 4,31 63.5 20,4 16,1
СК «Неве» 48,39 30.47 9,37 8,55 63,0 19,4 17,7
СК марки 2 54,39 43,81 5,70 4 88 80,5 10,5 9,0
Анализ полученных данных показал, что величина полной деформации синтетических кож на нетканой основе в большинстве случаев в 2 - 3 5 раза превышает деформацию натуральных кож и более чем в 3,5 раза - деформацию искусственных кож на "поневой основе.
В структуре искусственных кож на тканевой основе преобладают упругие и высокоэластические компоненты деформации. Их совокупная величина составляет 95-98% в общей деформации, что на 10-15% превышает значение данного показателя для натуральных и синтетических кож.
Доля пластической компоненты деформации натуральных кож составляет 15 -20 %, что в 3-10 раз превышает значение данного показателя для искусственных кож на тканевой основе. Пластическая составляющая деформации синтетических кож колеблется в широких пределах. Ее величина у синтетических кож марок «Буп-ЬаЬу» и «Неве» сопоставима с пластической составляющей натуральных кож и в 2 раза превышает значение данного показателя для синтетической кожи марки 2.
Для описания релаксационных процессов в изучаемых материалах использовалась обобщенная трехкомпонентная модель Кельвина - Фойгта, для которой зависимость деформации е от времени т описывается уравнениями следующего вида:
- для периода чаг ружения
1 -'Як \ Л 1 Лм \
е = V 1-е 1 + а2
4 -е"Н
(1)
для периода отдыха
-л1Т\ г1',Т3 т</Г3
е = е1 * г2е + £3 е , (2)
где т1, т2, тЗ (Т1 Т2, ТЗ) - среднее время релаксации (запаздывания) быстропротекающих, замедленных и заторможенных процессов;
а1, а2. аЗ - деформация соответственно с быстротекущими замедленными и заторможенными процессами релаксации в период нагружения; е1, £2, £3 - компоненты деформации для периода отдыха:
Следует отметить что нахождение параметров данной механической модели является достаточно трудоемким и длительным процессом Поэтому в УО «ЗГТУ» была разработана программа обработки экспериментальных данных пс релаксации десЬормации материалов, которая позволила количественно описать изучаемые релаксационные процессы в материалах с помощью модели Кельвина-Фойгта, в автоматическом режиме произвести расчет всех параметров данной модели, а также прогнозировать величину деформации образцов в любой момент времени.
В ходе автоматизированной обработки экспериментальных данных было выявлено, что трехкомпонентная модель Кельвина - Фойгта с высокой степенью точности описывает релаксацию деформации исследуемых материалов в период нагружения. Отклонения расчетных значений от эмпирических не превышали 3 %
Что касается периода отдыха, то используемая модель достаточно точно описывает релаксационные процессы у натуральных и синтетических кож. Значительно хуже описывается релаксация деформации искусственных кож на тканевой основе. В отдельные моменты времени отклонения расчетных значений от экспериментальных достигали 8 - 12%.
С использованием разработанной программы был осуществлен расчет следующих показателей упруго-вязкопластических свойств исследуемых материалов значения которых представлены в таблице 2:
сг
- модуль мгновенной упругости, МПа Е1= 100;
+
ег
- модуль высокоэластичности, МПа. Е2= Т. 100;
=
а
8\ +¿2 100,
- равновесный модуль упругости, МПа.
- коэффициенты вязкости быстрого г|1 и медленного г\2 процессов релаксации:
17г=Тг' Ег
Лъ =
А(<7
- коэффициент пластической вязкости'
где ст - напряжение действующее на образцы, МПа.
Т1, Т2- соответственно постоянные времени быстрого и медленное
процесса релаксации-Дt — время развития пластической реформации (время нагружения). Анализ полученных показателей показал, что в большинстве случаев для натуральных и синтетических кож характерны более высокие значения модуля мгновенной упруюсти Е1 и меньшие значения модуля высокоэластичности Е2. чем для искусственной кож на тканевой основе. Это связано с незначительной подвижностью мелких структурных элементов натуральных и синтетических кож в начальный пеоиод эластического восстановления и более высокой подвижностью их крупных структурных элементов в период, характеризующий медленнообрэтимые процессы релаксации деформации. Как следствие., величина упругой составляющей деформации натуральных и синтетических кож ниже а доля эластической составляющей, как правило, выше, чем у искусственных кож
1 аот \а 2 -
Показатели вязко\пругих свойств материалов
Материал сг, МПа Е-1, МПа е2, МПа Е3, МПа П1. МПэ с П2. МПа Пзп МП; с Т,, с Т2,с
Яловка легк. 1.92 22 47 0 89 0,86 43 54 6.27 58,31 1,94 7,05
Яловка эл МЕУКСЖ 2,27 26,45 2,50 2 28 10 82 21,80 63 72 0 41 8,72
Пол у кожи и к эластичный 1,79 5 78 1,39 1,12 19,43 13,33 36.98 3,36 9.57
Вичилискожа-Т обувная 3,13 5 23 1,80 1,34 18 59 12,03 306,51 3 55 6,67
ИК САРРЕТТО 2,50 4 11 3,25 1,81 4.23 25,81 354,67 1,03 7,95
ИК МРТ1_АК 2,78 9,81 2.43 1,95 7,54 24 71 159,16 0.77 10 12
СК Ьуп-ЬаЬу 3,13 2.95 0,83 0,65 2,26 7,65 55.48 0 76 9,28
СК «Неве» 2 50 16.95 0,38 0,37 4,50 3.54 19,92 0,27 9,31
СК марки 2 2,50 0,64 1,32 0,43 _ 0,24 14,14 39,36 0.37 10,68
Коэффициент пластической вязкости искусственных кож превышает значения данного показателя у натуральных и синтетических кож в 3 - 5 раз, что указывает на наличие значительного внутреннее трения между структурными элементами материала при пластической необратимой деформации образцов.
Таким образом, результаты проведенных исследований показали, что релаксационные процессы в материалах для наружных деталей верха обуви достаточно точно могут быть описаны с помищью обобщенной трехкомпонентной модели Кельвина-Фийгта. Использование модельного метода позволяет более глубоко изучить закономерности изменения деформации материалов во времени,
осуществлять комплексную оценку реологических свойств материалов с учетом подвижности различных элементов их макро- и микроструктуры а также прогнозировать величину деформации в любой момент времени.
Список использованных источников 1. Горбачик В. Е Исследование релаксации деформации обувных материалов и систем при одноосном растяжении t В. Е Горбачик, Р. Н. Томашева. // Техническое регулирование - базовая составляющая управления качеством услуг и изделиями сервиса М^ждунар. сб. науч. трудов / ЮРГУЭС. - Шахты : Изд-во ЮРГУЭС, 2005. - 142 с.
SUMMARY
In article are stated results of the study to relaxations to deformation natural and artifi .¡al mate- al for top footwear and is studied possibility of the description of the processes to relaxa 'ons in aata material by means of generalised mechanical modei Keiiv'na-Foygta The Designed program of the processing experimental given on relaxaL,ons of the deformation, allowing quickly and with high degree of accuracy to rea..ze the calculation al! parameter to mechanical model Kelivina-Foygta, define nportances of the factors viscous-spongy characteristic under investigation material and forecast the value to their deformation any time time. Use the mooel method at siudy of the relaxat;ons to deformation shoe material promotes the most full estimation their quality and allows to forecast their behaviour in determined condition production and usages footwear.
УДК 677.017
ПРОГНОЗИРОВАНИЕ ПОКАЗАТЕЛЕЙ ДЕФОРМАЦИОННЫХ СВОЙСТВ ТЕКСТИЛЬНЫХ НИТЕЙ ПО РЕЗУЛЬТАТАМ ПОЛУЦИКЛОВОГО ИСПЫТАНИЯ
НА РАСТЯЖЕНИЕ
A.A. Kv3Heu,oe
Применяемые для оценки качества текстильных нитей и волокон полуцикловые характеристики растяжения не в полном объёме раскрывают все особенности механических свойств ^екстилоных материалов [1].
С целью повышения информативности разрушающих полуцикловых испытаний на растяжение и на основе анализа многообразия форм кривых [1] для описания кривых растяжения в координатах «напряжение а - относительное удлинение б» предлагается универсальная математическая модель следующего вида
ст = ——-— +b2 s2, (1)
Ьр + D, • 8
где а - напряжение, возникающее при растяжении волокна (нити), Па: с -относительное удлинение, %, b0, t>i, b2 - некоторые параметры модели.
Физический смысл параметров b0, b" и Ь2 определяется из следующих соображений. Тангенс угла а касательной к кривой растяжения (рис 1) в ьачале координат характеризует упругие свойства нити.
С одной сороны для нахождения тангенса угла а касательной к кривой растяжения продифференцируем выражение (1) по е и устремим е к нулю.
L
